1 BÖLÜM-3 HAVALANDIRMA FİLTRELERİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU Balıkesir-2015
3.1 HAVANIN ÖZELLİKLERİ 2 Hava, %21 i Oksijen, %78 i Azot, %1 i Argon ve çok az miktarda diğer gazlardan oluşan bir gaz karışımıdır. Şekilde görüldüğü üzere, soluduğumuz hava; doğa, insanlar ve endüstriyel süreçler sonucu oluşan madde taneciklerini ve gazları da içermektedir. Bunlar içerisinden dikkat etmemiz gereken tanecik ve gazlar; sağlığımıza, konforumuza, yaşadığımız alanlara ve ürettiğimiz ürünlere zarar verenleridir. Çeşitli gazlar, su buharı, karbon dioksit, metan, karbon monoksit, ozon, amonyak, azot oksitler ve hidrojen sülfür. Az miktarda argon, neon, helyum, kripton, hidrojen ve ksenon. Atmosferik kirlilikler, volkanik kül, deniz tuzu, tozlar, kum, polen, küf ve bakteriyel sporlar. %21 Oksijen %78 Azot
3 Şekil-3.1 Havayı oluşturan elemanlar
3.1.1 Tanecikler 4 Tanecikler, havada asılı katı ve sıvı parçacıklardır. Şekil-3.2 de taneciklerin boyutlarını bir insanın saç teli ve diğer cisimlerin boyutları ile karşılaştırarak, gözümüzde canlandırmamıza yardımcı olmaktadır. Şekil-3.2 Havadaki taneciklerin boyutları
3.1.2 Tanecik Kirlenmesinin Ölçülmesi 5 Havada bulunan değişik boyuttaki tanecik miktarı, taneciklerin kütlesi veya sayısına göre ölçülür. Ayrıca taneciklerin beyaz bir zemin üzerinde bıraktıkları lekenin optik olarak karşılaştırılması dikkate alınarak yapılan üçüncü bir yöntem daha bulunmaktadır. Filtreler bu üç yöntem esas alınarak test edilir.
3.2 HAVA FİLTRELERİ 6 Havada bulunan istenmeyen gaz, buhar ya da başka tanecikleri ayrıştırmaya yarayan cihaz ya da malzemelere filtre denir. Klima santrallerinde ve havalandırma sistemlerinde dış havadaki tanecikleri, toz, toprak ve benzeri istenmeyen cisimleri tutmak, havalandırma cihazları girişlerinde gerekli ayrımları yapmak, besleme havalarındaki virüs ve bakterileri azaltmak amacıyla uygun filtreler kullanılır. Bütün filtreler en ufak bir sızdırmaya izin vermeyecek tarzda imal edilir. İstenilen hava kalitesine bağlı olarak kademeli filtrelendirme sistemi kullanılır.
3.2.1 Filtreleme 7 Klima uygulamalarında hava temizliği, insan sağlığı yönünden olduğu kadar endüstriyel işlemlerin gereği olarak da önemlidir. Bu uygulamalarda genellikle havadaki toz miktarı 0,2 mg/m 3 seviyesinde olup en fazla 2 mg/m 3 sınırına dayanabilir. Hâlbuki endüstriyel egzoz sistemlerinde, atılan havadaki toz miktarı 200-40 000 mg/m 3 gibi yüksek değerlere ulaşır ki bu tür tozların filtrelenmesi buradaki konumuzun dışındadır. Hangi tip filtre kullanılacağının seçimine yardımcı olmak üzere hava filtrelerinin verimleri tespit edilmiştir. Diğer yandan havada bulunabilecek zerrelerin büyüklüklerine göre sınıflandırılması yapılmıştır. Uygulamanın özelliklerine göre havadaki parçacıkların cinsleri tespit edilip bunların ne seviyede temizlenmesi isteniyorsa ona göre filtre cinsi seçilmelidir. Bir hava filtresinin seçiminde üç unsur etken olacaktır: Filtre verimi Hava verimi Filtrenin ömrü veya tuz tutma kapasitesi
8 Bunlardan birincisi, filtre verimi, değişik metotlarla saptanmakta olup aşağıdakiler sırayla en çok kullanılanlardır. Tutulan toz ağırlığına göre değerlendirme, Belirli oranlarda değişik zerrelerden oluşan tozlu havanın filtreden geçirilmesinde birim zamanda tutulan tozun ağırlığı Tozlu ve filtrelenmiş havadan belirli zaman aralıklarında numune olarak verim tespiti Toz tutma kapasitesi tespitiyle değerlendirme DOP (Di-Octyl Phthalate) nüfuz etmesine göre değerlendirme. Daha ziyade yüksek verimli, filtrelerin verimlerinin tespitinde kullanılır. Diğer testler: Sızdırma testi, zerre büyüklüğü verimi testi, muhit şartlarına uygunluk testi gibi testlerdir.
3.2.2 Yetersiz ve Kötü Filtrelemenin Sonuçları 9 Kötü iç hava kalitesi (Örneğin Lejyoner hastalığı) Mikro-organizmaların üremesi ve enfeksiyon riskinin artması (Bakteriler ve virüsler tozlarla taşınırlar) Yüksek enerji maliyetleri ve bakım süreleri Havalandırma sistemlerindeki cihazlarının bozulması ve gürültü çıkarması Beklenen hava akışının büyük oranlarda azalması Ölçüm cihazlarının yanlış ölçüm yapması Havalandırma kanallarının kirlenmesi Isıtma ve soğutma serpantinlerinin kirlenip işlevini yerine getirememesine sebep olur.
3.2.3 Hava Filtrelerinin Yakalama Mekanizması 10 Filtrelerin, tozları yakalanmasını sağlayan farklı etkiler vardır. Bunlar; Elek etkisi Atalet etkisi Yakalanma etkisi Difüzyon etkisi Elektrostatik etki
11 Elek Etkisi: En basit mekanizma olarak tanımlanabilen elek tipi filtreleme etkisinde şekilde görüldüğü gibi çapı filtre elemanı olarak kullanılan iki elyaf iplikçiğinin arasındaki açıklıktan daha büyük olan taneciklerin tutulması olayıdır. Şekil-3.3 Elek etkisi
12 Atalet Etkisi: Akım iplikçiklerinin önüne bir filtre elyafı çıktığı zaman onun etrafında paralelliklerini bozmadan dönerek yollarına devam ederler. Ancak akış içinde sürüklenen tanecikler ataletleri dolayısıyla filtre elyafı etrafında dönemeyerek, elyafa çarpıp onun yüzeyine yapışırlar. Bu etki hava hızının artması, tanecik çapının büyümesi ve elyaf çapının küçülmesi ile artar. Şekil-3.4 Atalet etkisi
13 Yakalanma Etkisi: Tanecik çapı çok küçük ise tanecik hava ile beraber elyaf iplikçiği etrafında bir yörünge takip edebilir. Ancak bu yörünge taneciğin elyaf etrafındaki hareketinde, elyafa tanecik yarıçapından daha yakın bir yerden geçiyorsa, tanecik elyaf tarafından yakalanır ve elyafa yapışır. Tanecik çapı artıp, elyaf çapı ve elyaf iplikçikleri arasındaki mesafe azaldıkça bu etki artar. Bir filtre elyafı içinde, tutulmak istenen tanecik çapına yakın ne kadar küçük çaplı filtre elyafı varsa bu yakalama etkisi de o derece kuvvetli olur. Şekil-3.5 Yakalama etkisi
14 Difüzyon Etkisi: Tanecik çapının 1μm den daha küçük olması halinde, taneciklerle çarpışan gaz molekülleri onların düzensiz hareket etmelerine neden olabilmektedir. Gaz moleküllerinin Brownian hareketi denen bu davranışları sonucu filtre elyafı ile çarpışan tanecikler onlara yapışabilmektedir. Bu etki hava hızı, tanecik çapı ve elyaf çapı küçüldükçe artmaktadır. Şekil-3.6 Difüzyon etkisi
15 Elektrostatik Etki: Büyük çaplı lifli filtre malzemesi kullanan filtreler ince parçacıkların uzaklaştırılmasında filtre etkinliğini arttırmak için elektrostatik şarj etkisini kullanır. Büyük çaplı lifli ortam normal olarak, düşük maliyet ve hava akış direnci için seçilir. Ancak, filtre yüzeyinde yakalanan parçacıklar zamanla onların elektrostatik yükünü nötralize eder ve yakalama verimlerini düşürebilir. Şekil-3.7 Elektrostatik filtreleme etkisi
3.2.4 Filtreleme Prensiplerinin Birleştirilerek Kullanılması 16 Şekil-3.8 Çeşitli filtreleme mekanizmalarının tanecik çapına göre verime etkisi ve MPPS
17 Şekil-3.9 Havanın içindeki değişik boyutlardaki taneciklerin filtrelenmesinde etkin olabilecek sistem
3.3 FİLTRE MALZEMELERİ 18 3.3.1 Sentetik/Polyester Elyafı Bu filtre malzemesi sentetik esnek yığın lifli, yüksek katmanlı yapı oluşturan bir alev geciktirici madde ile birbirine bağlanmış %100 dokuma olmayan polyester elyaflarından oluşur. Yapışkan madde kaplı tip ve kuru tip olmak üzere 2 kısma ayrılır. Yapışkan madde kaplı, elyaflı filtreler levha şeklinde yassı plakalar halinde yapılır ve bu plakalar kaba liflerden seyrek şekilde sıkıştırılarak yapılır. Filtre elyafları yağ ve benzeri bir akıcı madde ile kaplanır ve bu madde tozların lif yüzeyine yapışmasını sağlar. Bu filtrelerde hava geçiş hızı 1,25 ila 3,5 m/san arasında olabilir. Bu filtreler az basınç kaybıyla elyaf cinsi tozlara karşı yüksek verim sağlar. Fakat normal atmosferik hava tozları için çoğunlukla yetersizdir. Bu tip filtreler 15 ila 100 mm kalınlıkta (daha çok 25 ila 50 mm) ve 60x 60 cm. boyutlarında yapılır ve genellikle yüksek verimli filtrelerden önce kaba filtreleme maksadıyla kullanılır. Filtre elyafı malzemesi olarak 15 ila 60 mikron çapında cam yünü, hayvan kılı, nebatat elyafları, sentetik elyaflar, metal talaşlı elyaflar, perfore metal levhalar ve folyolar, örgülü tel, açık gözenekli sentetik süngerler, gibi malzemeler kullanılabilir. Bu tip filtrelerin verimleri aşağıdaki tabloda gösterilmektedir.
Şekil-3.10 Hassas elyaf filtre yapısı Şekil-3.11 Kaba elyaf filtre yapısı 19
TABLO-3.1 Elyaf filtre verimleri 20 Filtre kalınlığı Tutulan tozun ağırlığına göre Havadan Numune olarak (Dust Spot) Toz tutma kapasitesine göre (mm) % % g/100m 3 /h hava 25 mm kadar 20-50 5-10 40-82,5 25 ila 45 50-75 5-15 70-210 45 ila 65 60-80 5-20 105-320 65 ila 100 70-85 10-25 140-450
21 Şekil-3.12 Kuru tip elyaflı filtreler
22 3.3.2 Cam Elyafı (Fiberglass) Cam elyaf filtre malzemesi aralıksız cam elyaf katmanlarıya yoğunlaştırılmış olup oldukça yüksek yükleme yeteneği sağlar. Filtrenin hava tarafındaki kısmı cilt şeklinde malzemeyi destekler ve son filtreleme kademesi oluşturur. Cam elyaf malzemenin tümü, boya tutucu elyaflar hariç olmak üzere, zehirsiz, yanmaz, kokusuz yapıştırıcı ile işlenir. 3.3.3 Biyo Filtreler Biyo filtre, içeriğinde eko filtre sayesinde havadaki en küçük toz parçalarını tutar ve biyolojik enzim özelliği ile bakteri, mantar ve mikropları etkisiz hale getirir. Biyolojik enzim filtresinde bulunan enzimler ise bakterilerin hücre duvarlarını eriterek onları yok eder ve bireysel iklimlendirme cihazlarında tekrarlanan kirlilik sorununu ortadan kaldırır. Biyo filtre, bakterilerin %95 ini yok ederken 0,3 m dan küçük toz parçalarının %99 unu yakalar. Böylece tozlar tutulurken aynı zamanda sterilizasyon sağlanmış olur.
23 Şekil-3.13 Biyo filtre enzimlerinin bakterileri öldürmesi
24 3.3.4 Karbon Rulolar Karbon rulolar, dokuma olmayan polyesterden yapılır ve ince aktif karbon tozlar emdirilir. Bu filtre malzemesi davlumbaz, hava yıkayıcılar, ev tipi iklimlendirme cihazları gibi bacasız uygulamalarda veya koku giderilmesi gereken tüm ortamlarda kullanışlıdır. 3.3.5 Hayvan Yünü Yüksek seviyede bir sıkılık, yükleme derinliği yüksek, dolambaç içine bükülmüş doğal liflerden yapılmış filtre malzemesi. Lifler tamamen özel bir bağlayıcı madde kullanılarak bir bükülmez ince kumaş net destek üzerine kilitlenir ve birbirine sıkıca bağlanır. Doğal ve sentetik olanları mevcuttur.
3.4 KULLANIM ALANINA GÖRE FİLTRE ÇEŞİTLERİ 25 Havalandırma ve hava şartlandırma sistemleri binaların ve tesislerin mühendislik yapısının bir parçasını oluşturmaktadır. Bu sistemler sayesinde yaşam alanlarında ihtiyacı duyulan temiz hava elde edilebilmektedir. Yaşam kalitesinin yükseltilmesi sağlanan bu sistemlerde kullanılan elemanlarda oluşturulacak hava kalitesinde büyük rol oynamaktadır. Havalandırma sistemlerinde filtreler hava kalitesinin belirleyici faktörü olarak kullanılmaktadır. Hava kalitesinin tespitinde önemli bir rol oynayan bu filtre elemanlarının basit yapısına rağmen çok hassas ölçüm ve standartlar çerçevesinde üretilmesi gerekmektedir. Klima santrallerinde ve havalandırma sistemlerinde dış havadaki tanecikleri, toz, toprak ve benzeri istenmeyen cisimleri tutmak, havalandırma cihazları girişlerinde gerekli ayrımları yapmak, besleme havalarındaki virüs ve bakterileri azaltmak amacıyla uygun filtreler kullanılmalıdır. Bütün filtreler en ufak bir sızdırmaya izin vermeyecek tarzda imal edilmelidir.
26 3.4.1 Metal Filtreler Metal filtreler galvaniz saç veya alüminyum çerçeve içerisinde panel veya arttırılmış yüzeyli olarak örgü tel veya alüminyum perfore saç kullanılarak 20 mm, 48 mm, 96 mm derinliklerinde standart ebatlar ve standart dışı ebatlarda üretilir. Kademeli havalandırma sistemlerinde kaba toz tutulmasında ve mutfak davlumbazlarında yağ tutucu filtre olarak kullanılır. Şekil-3.14 Metal (Yağ) Filtresi
27 3.4.2 Kaset Filtreler Yıkanabilir Kaset Filtreler, poliüretan filtre malzemeli olup 10mm, 20 mm, 8 mm, 96 mm'lik çerçeveler içerisinde standart içi ve standart dışı ölçülerde üretilir. Kaset filtreler, selülozik esaslı ve fiberglas esaslı olarak üretilirler. 100 C ye kadar olan sıcaklıklarda selülozik veya sentetik esaslı standart kaset filtreler, 100 C yi aşan sıcaklılarda ise fiberglas esaslı alüminyum kafesli kaset filtreler kullanılmalıdır. Kaset filtreler, havalandırma ve boyama sistemlerinde yoğun olarak kullanılırlar. Şekil-3.15 Kaset filtreler
TABLO-3.2 Kaset filtrelerin verimleri 28 EUROVENT EN 779 Verim % MODEL 4/5 EU1 G1 <65% Metal kaset filtreler EU2 G2 65%-80% Yıkanabilir kaset filtreler EU3 G3 80%-90% Panel ve arttırılmış yüzeyli filtreler, karton çerçeveli filtreler EU4 G4 >90% Panel, kaset ve torba filtreler
29 3.4.3 Torba Filtreler Sentetik elyaf malzemeden mamul torba filtreler, yüksek toz tutma kapasitesi ile üstün performans gösterirler. 500 mm, 600 mm derinliklerinde imal edilen torba filtreler, özel ebatlarda da imal edilirler. Sentetik elyaflı torba filtreler, havalandırma sistemlerinde kullanılırlar. Hijyenik klima sisteminde ise büyük taneciklerin tutulması ve HEPA filtrenin korunması amacıyla klima santralinin içine monte edilirler. Sentetik elyaflı torba filtreler G4 (EU4) - M5 (EU5) - M6 (EU6) - F7(EU7) - F9(EU9) sınıfında filtreleme yaparlar. Şekil-3.16 Torba filtreler
30 3.4.4 Kompakt Torba Filtreler Sabit cepli torba filtreler olarak da isimlendirilen kompakt torba filtreler, cam lifinden mamul filtre kâğıdı ile mini pileli olarak üretilmiştir. Cam lifinden mamul filtre kâğıdı termo-plastik ayırıcılar ile birbirinden ayrılarak pilelenmiş ve V şeklinde cepler oluşturan plastik kasa içerisine yerleştirilmiştir. Bu modelde sıkıştırılmış pileli filtreler oldukça hafif olmakla birlikte montajı da oldukça kolaydır. Kullanım sonrası yakılarak imha edilebilirler. Sabit cepli torba filtreler, havalandırma sistemlerinde kullanılırlar. Hijyenik klima sisteminde ise büyük taneciklerin tutulması ve HEPA filtrenin korunması amacıyla klima santralinin içine monte edilirler. Sabit cepli torba filtreler G4 (EU4) - M5 (EU5) - M6 (EU6) - F7(EU7) - F9(EU9) sınıfında filtreleme yaparlar. Şekil-3.17 Kompakt torba filtre (V Şekilli)
TABLO-3.3 Torba hassas filtreler 31 Torba ( Hassas ) Filtreler EN 779 Sınıfı M5 40 Em < 60 M6 60 Em < 80 F7 80 Em < 90 F8 90 Em < 95 F9 95 Em Em % : F5 - F9 sınıfındaki hassas filtreleri için ortalama verim
32 3.4.5 Rulo Filtreler PPI filtreler poliüretan süngerden yapılmıştır. Ön filtrelemede çok yıkanabilir özelliğinden dolayı tercih sebebidir. 1,25x2 m ebatlarında plaka halinde çeşitli kalınlıklarda olup, istenilen ebatlarda panel ve kaset olarak imal edilir (Şekil- 3.18). Cam elyaf filtreler 50 ve 90 mm. kalınlıklarda olup standart rulo ebatlarında ve panel olarak kaset içlerinde imal edilir. Boya kabinlerinde boya tutucu olarak ve kademeli havalandırma sistemlerinde ön filtre olarak kullanılır (Şekil-3.19). Sentetik elyaf filtre ısıl işlem ile birbirine bağlanmış %100 polyester liflerden üretilmiştir. İnsan sağlığı için hiçbir zararlı madde içermezler. Bazıları hava geçiş yönünü göstermek için su bazlı boyalarla renklendirilmiştir. Filtrelemenin her kademesinde kullanılan en ideal filtrelerdir. Standart ebatlarda rulo halde ve standart dışı ebatlarda bulunur (Şekil-3.20). Şekil-3.18 Şekil-3.19 Şekil-3.20
33 Yüksek verimli rulo sentetik elyaf filtreler oto boya kabinlerinde tavan filtresi olarak kullanılır. Isıl işlemle bağlanmış %100 polyester liflerden üretilmiş olup, özel bir katkı maddesi ile toz tutma kapasitesi arttırılmıştır. Temiz hava çıkış yönü polyesterlerle desteklenmiştir (Şekil-3.21). Sentetik elyafa emdirilmiş aktif karbonlu rulo filtreler ısıl işlemle birbirine bağlanmış %100 polyester liflerden üretilmiştir. Ön filtreleme kullanıldığında organik kokuların giderilmesi için ekonomik çözümler sağlar. Hava temizleme cihazlarında, klima santrallerinde, mutfak aspiratör emişlerinde kullanılır (Şekil-3.22). Şekil-3.21 Sentetik elyaf rulo filtresi Şekil-3.22 Aktif karbonlu rulo filtre
34 Filtre Elamanı Tazelenebilir (Yenilenen) Tip Rulo Filtreler Bu tip filtreler, filtre elamanı toz ile doldukça hareket ederek toz dolan kısım ötelenip yerine temiz filtre elamanı getirilir. Burada da yapıştırıcı bir madde ile kaplı veya tamamıyla kuru filtre elyafı kullanmak mümkündür. Şekil-3.23 Elemanı devamlı tazelenir tip rulo filtreler
3.4.6 HEPA ve ULPA Filtreler 35 HEPA' nın açılımı High Efficiency Particulate Arresting'dir. Yüksek etkinlikte tanecik yakalayıcı anlamına gelir. HEPA filtreler, %85 ve üzerinde, 0,3 mikrona kadar havada bulunan tanecikleri havadan arındırabilen filtrelerdir. HEPA filtrelerden daha hassas ve %99,99 oranına sahip olan filtrelere ise ULPA filtre denir. HEPA ve ULPA filtreler bakım gerektirmeyen, özel liflerden oluşan ve kâğıda benzer bir yapıya sahiptir. Bu filtrelerin belirli bir zaman dilimi içerisinde yenisi ile değiştirilmesi gerekir. HEPA ve ULPA filtreler kullanıldığı ortam havası kirliliğine ve kullanım sıklığına bağlı olarak en geç 6 ayda bir değiştirilmelidir. Günümüzde ameliyathanelerde, hastanelerde ve temiz oda uygulamalarında filtreleme performansı, güvenirliliğinden ve bakım gerektirmeyen yapısından dolayı EPA, HEPA ve ULPA filtreler kullanılmaktadır.
TABLO-3.4 HEPA filtre standartları 36 Ē% @ 0.3 µm Hepa Filtreler (EN 1822) Ē% @ 0.3 MPPS 95 E10 85 98 E11 95 99.99 H12 99.5 99.997 H13 99.95 99.999 H14 99.995 Ē% : E10 - U17 sınıfındaki EPA, HEPA ve ULPA filtreler için ortalama verim MPPS: Filtrelerin en çok geçirdiği tane boy
TABLO-3.5 ULPA filtre standartları 37 Ē% @ 0.12 µm Ulpa Filtreler (EN 1822) Ē% @ 0.3 MPPS 99.9995 U15 99.9995 99.99995 U16 99.99995 99.999995 U17 99.999995 Ē% : E10 - U17 sınıfındaki EPA, HEPA ve ULPA filtreler için ortalama verim MPPS: Filtrelerin en çok geçirdiği tane boy
38 3.4.7 Elektrostatik Filtreler Elektrostatik tip hava temizleyiciler, toz ve benzeri zerreleri tutmak için elektrostatik yükle hızlandırma prensibine göre çalışırlar, fakat endüstriyel (baca vs tozlarını tutmak için kullanılan) elektrostatik filtrelere nazaran daha düşük voltajla çalışırlar. Ticari maksatla imal edilen elektrostatik hava temizleyicilerin üç tipi ayırt edilebilir. İyonize Plakalı Tip Aşağıdaki şemada çalışma prensibi gösterilmiş olan bu tip elektrostatik hava temizleyicilerde 13.000 voltluk bir doğru akım gerilimi ile toz iyonizasyon alanı meydana getirilip plakalar arasında da 6000 volt gerilim muhafaza edilmek suretiyle tozların plakalar tarafından tutulması sağlanır. Toplanan tozların belirli aralıklarla buralardan alınması gereklidir. Filtre Elamanı Yüklenmiş İyonize Olmayan Tip Bu tip hava temizleyiciler, kuru filtre ile elektrostatik temizleyicilerin karakteristiklerini birleştirmektedir. Bir di-elektrik filtre elamanının kuru tip filtrelerde olduğu gibi levha şeklinde tertip edilmesiyle sağlanır. Bu tip bir hava temizleyicide filtre temiz iken ortalama hava direnci; 1,25 m/s hava geçiş hızında 2,5 mmss civarındadır. Fakat toz toplandıkça hava direnci hızla artar ve bu takdirde filtrenin değiştirilmesi gerekir. Havadaki nemin filtre di-elektrik özelliklerine etkisi ise; izafi nem % 70 seviyesini aştığında bu değer iki kat artar. Filtre Elamanı Yüklenmiş İyonize Tip Bu tip temizleyiciler yukarıdaki iki tip filtrenin etkilerini birleştirmektedir. Toz zerreleri korona neşredici tip iyonlaştırıcılarda yüklendikten sonra filtre elamanı yüklenmiş bir filtre perdesine tutulur. Bu surette iyonize olmayan tip temizleyicilere nispetle daha yüksek bir verim sağlanır. Bu tip temizleyicilerin toz yüklemesi ile filtre perdesinin toz tutma dengesi iyi tasarlanmazsa ve yüklenmiş toz zerreleri filtre perdesini aşıp klima hacmine girerse, bilhassa duvarlarda toplanarak tozlu yüzeyler meydana getirir.
39 Şekil-3.25 Elektrostatik filtrenin çalışma prensibi
40 3.4.8 Aktif Karbon Filtreler Havalandırma emişlerinde kullanılan, organik kokuları, sigara kokularını tutan ön filtrelerdir. Sentetik elyafla da desteklenmiş çeşidi ayrıca tozlu ortamlarda toz tutucu olarak da kullanılır. Hava giriş yönü sentetik elyaf olup çıkış yönü aktif karbon emdirilmiş sentetik elyaftır. Kaset ve torba filtre halinde yüzeyi arttırılmış olarak standart ve standart dışı ebatlarda üretilir (Şekil-3.27). Sentetik elyafa karbon edilmiş, yüzeyi mini-pileli arttırılmış yüzeyli, plastik kasalı sabit cepli filtre Granül karbonlu sabit cepli plastik kasalı filtre galvaniz kasa içerisinde yoğun miktarlı granül karbonlu filtre. Granül aktif karbonlu kaset filtreler standart ve standart dışı ebatlarda 48 mm, 96 mm derinliğe imal edilir. Granül Aktif Karbon Filtreler 4 mm çapında 25 kg'lık paketler halinde satılmaktadır (Şekil-3.28).
41 Şekil-3.27 Aktif karbon filtre Şekil-3.28 Mamul karbon filtreler
TABLO-3.6 Aktif karbon filtrelerin kullanım alanları 42 Uygulama Problem Hedeflenen Gaz Hava alanları Kokular ve sağlık tehlikeleri Kerosen (uçak yakıtı) Müzeler Sanat eserlerine zarar verilmesi Kükürt oksitler ve azot oksitler Poliüretan köpük üretimi Havaya salınan zehirli gazlar Toluen diizosiyanat Nükleer güç santralleri Havaya salınan radyoaktif izotoplar İyot, kripton, ksenon Pestisid üretimi Havaya salınan zehirli kimyasallar Geniş kademe pestisitler Mutfak atıkları Mutfak kokular Oldukça karmaşık kimyasal yapı
3.5 HAVA FİLTRELERİNİN VERİMLİLİK YÖNÜNDEN SINIFLANDIRMASI 43 Hava filtreleri için 3 temel kriter önemlidir. Bu kriterler sırasıyla filtre toz tutma verimi, ağırlıkça toz tutma kapasitesi kısaca servis ömrü, ve filtre başlangıç direncidir. Filtre test standartları öncelikle filtrelerin birbirleriyle mukayese edilebilmesini sağlar. Avrupa standartına göre hava filtreleri iki ayrı grupta toparlanabilir, bunlardan birincisi G ve F verimindeki filtre grupları için uygulanan EN 779 standartı, ikincisi ise Hepa filtrelerin verimini belirleyen EN 1822 standartıdır. EN 779:2012 standartı G verimindeki kaba filtreleri yalnızca ağırlıkça ortalama toz tutuculuk değerlerine göre belirleyip sınıflandırır. Buna göre G tipi kaba filtrelerin ortalama toz tutuculuk değerleri aşağıdaki gibidir. Orta ve hassas filtrelerin verimliliği ise yapılan testlerle, filtre giriş ve çıkışındaki 0,2 3 mikron boyut aralığındaki tanecikler sayılarak ve birbiriyle oranlanarak belirlenir. Ancak sınıflandırma için, testte kullanılan taneciklerin ortalama boyutu olan 0,4 mikron kullanılır, bu sebeble F verimindeki filtrelerin verimi 0,4 mikrondaki taneciğin ortalama verimi cinsinden ifade edilir.
TABLO-3.7 EN 779:2012 standartına göre hava filtreleri sınıflandırması 44 Filtre Sınıfı Son Basınç Kaybı Pa Ortalama Test Tozu Tutuculuk % (Am) 0,4 µm tanecik boyutunda ortalama verim (Em) 0,4 µm tanecik boyutunda Minimum Verim G1 250 50 < Am < 65 - - G2 250 65 < Am < 80 - - G3 250 80 < Am < 90 - - G4 250 90 < Am - - M5 450-40 < Em < 60 - M6 450-60 < Em < 80 - F7 450-80 < Em < 90 35 F8 450-90 < Em < 95 55 F9 450-95 < Em 70 Not: EN 779 testlerinde kullanılan sentetik toz ile atmosferik toz karakteristik olarak birbileri arasında farklılık gösterebilirler. Bu sebeple, test sonuçları ile operasyonel performans ve filtre servis ömrü arasında farklılıklar oluşabilir. Buna ek olarak filtre malzemesinin elektrostatik yük kaybı ve lif kopmaları toplam toz tutma verimini olumsuz etkiliyebilir.
TABLO-3.8 EN 1822 standardına göre HEPA filtre sınıflandırma tablosu 45 Filtre Sınıfı MPPS de (%) Verim MPPS (%) Geçirgenliği Toplam Verim Bölgesel Verim Toplam Verim Bölgesel Verim E10 > 85-15 - E11 > 95-5 - E12 > 99,5-0,5 - H13 > 99,95 99,75 0,05 0,25 H14 > 99,995 99,975 0,005 0,025 U15 > 99,9995 99,9975 0,0005 0,0025 U16 > 99,99995 99,99975 0,00005 0,00025 U17 > 99,999995 99,9999 0,000005 0,00001 Notlar: E10, E11 ve E12 verimindeki filtreler için bölgesel verim değerlerine ihtiyaç yoktur. H13 ve H14 verimindeki filtreler için, standart tarama testine alternatif olarak duman kaçak testi yapılabilir.
3.6 FİLTRELEME ÜRÜNLERİ 46 3.6.1 Değiştirilen Filtre Elemanları Bu gruptaki elemanlar kaba filtreler (G), orta (M) ve hassas verimlilikteki (F) filtreler, EPA/HEPA/ULPA filtreler, ve gaz fazı kirleticiler için filtrasyon ürünleri yer almaktadır. Kaba filtreler, ön filtrasyon ve düşük hassaslıktaki uygulamalar için kullanılırken, orta(m) ve hassas (F) filtreler genel endüstri ve HVAC uygulamalarında ön filtre veya son kademe filtre olarak kullanılırlar. EN 1822:2009 normuna göre verimleri belirtilen EPA/HEPA/ULPA filtreler ise temiz odalar ve diğer kontrollü alanlarda 2. veya son kademe filtre olarak kullanılırlar.gaz fazı kirleticileri ortadan kaldırması için tasarlanan filtre elemanları ise genel, özel endüstriyel ve HVAC uygulamalarında hassas filtrelerden sonra kullanılabilirler. 3.6.2 Filtreleme Donanımları Bu donanımlar havanın filtre edilmesi için kullanılan makine ve cihazlardır. Bu donanımlar kaba filtrasyon için kullanılan yağ banyolu filtre cihazları, otomatik sarmalı filtre cihazları olarak belirtilebilir. Bu tip filtrasyon donanımlarının verimleri EN 779:2012 ye göre G2 ve G3 verimlerinde olup, yüksek debilerde çok fazla sayıda filtrenin değiştirlmesi gerekeceğinden servis giderlerinden tasarruf etmek amacı ile kullanılırar. Yatırım maliyetleri yüksek olduğundan düşük debili sistemlerde ekonomik olmamaktadır.
Uygulama Depolar, hassas olmayan üretim 47 alanları, mekanik ve elektrik cihaz odaları, serpantinlerin korunması Basit ofis binaları, yaş boya kabinleri, özel üretim alanları, alışveriş merkezleri, Vasıflı iş merkezleri, plazalar, vasıflı konut binaları, Genel hastane alanları, spor kompleksleri, laboratuarlar, ince toza hassas ürünlerin üretildiği alanlar, veri merkezleri Hastene ve ilaç sanayinde aseptik alanlar, mikroelektronik ve benzeri kritik endüsrilerde temiz odalar, radyoaktivite ile kirlenmiş atık hava filtrasyonu Kontrol edilen kirletici boyutu ve tipleri >10.0 µm tanecikler Polen, kum tanecikleri, lifler, boya tanecikleri 3.0-10.0 µm Küf Spor Büyük tozlar 1.0 3.0 µm Legionella Mineraller Aerosoller Karbon tozu Endüstriyel proses tozları 0.3 1.0 µm Bakteriler Virüsler Yağ dumanı Silikatlar <0,3 µm Bakteriler Virüsler Ultra hassas tozlar Ön Filtre Hassas Filtre Kimyasal Filtre (Standart ve özel tip karbon filtreler) HEPA Filtre G4 EN779:2012 - - - G4 EN779:2012 G4 EN779:2012 G4 EN779:2012 M5 EN779:2012 M5 M6 EN779:2012 F7 EN779:2012 F9 EN779:2012 F9 EN779:2012 - - Gerekli (EN13779 gereğince tavsiye edilir) Gerekli (EN13779 gereğince tavsiye edilir) Gerekli (EN13779 gereğince tavsiye edilir) Filtre tipi Torba filtreler, panel filtreler Panel filtreler, torba filtreler - Panel filtreler, torba filtreler, kompakt filtreler - H13 H14 U15 EN1822:2009 Panel filtreler, torba filtreler, kompakt filtreler Panel filtreler, torba filtreler, kompakt filtreler, HEPA filtreler TABLO-3.9 Örnek uygulama alanları ve tavsiye edilen filtre tipleri
3.7 FİLTRE EKONOMİSİ VE SEÇİMİNDE YAPILMASI GEREKENLER 48 Bilindiği üzere hava filtreleri, sistem üzerinde ekstra direnç anlamına geldiğinden seçilecek hava filtreleri mutlaka benzer hava hızı veya debisinin yaratacağı başlangıç dirençlerine göre seçilmelidir, bunu sağlamak için Eurovent gibi resmi kuruluşların internet siteleri veya üretici broşürleri dikkate alınabilir. Yukarıdaki maddeye paralel olarak filtre seçimi toplam yüzey alanına göre yapılmalıdır, yüksek yüzey alanlı filtrelerin, düşük yüzey alanlı filtrelere göre başlangıç dirençleri daha düşük olup, toz tutma kapasiteleri daha fazla olacaktır.örnek vermek gerekirse yüksek yüzey alanlı kompakt filtrelerin torba filtrelere göre toplam filtre maliyeti (başlangıç direnci, toz tutma kapasitesi, filtre değişim periyodu) olarak daha avantajlı olacaklardır. Ön filtrelerden sonra kullanılacak olan sentetik (meltblown) torba filtrelerin kullanımı sırasında, filtre medyasının karakteristik özelliğinden kaynaklı elektrostatik yük kaybına bağlı olarak belirtilen filtre toz tutma veriminde önemli kayıplar olacağı unutulmamalıdır. Örnek vermek gerekirse F7 verimindeki sentetik bir torba filtre toplam kullanım ömrü süresince G4 verimine kadar verim kaybı gösterebilir. Bu durum sonraki kademelerde kullanılacak olan filtrelerin kullanım ömrünü kısaltıp hedeflenen hava kalitesini bozacaktır. Bunun önüne geçebilmek için sentetik torba filtreler yerine elektrostatik yükünü kaybetmeyen cam elyafından üretilmiş hassas filtreler tercih edilebilir.
49 Hava filtreleri hijyenik sebebler, artan enerji ve yenilebilir kaynakların ekstra maliyetleri nedeni ile yıkanmamalıdır. Yıkandıktan sonra kullanılan filtrelerin lif dağılımı bozulduğundan dolayı filtreler zamanla sistem üzerinde temiz bir filtreye göre fazla direnç oluşturacaklardır veya toz tutamayıp arka kademelerde bulunan yüksek verimli filtrelerin erken dolmasına sebeb olacaktır. Filtre yüzeyindeki hava akımının filtrenin tüm yüzeyinde eşit olarak dağılmış olduğunu kontrol edilmelidir. Yüksek verimlilikteki filtrelerin önüne mutlaka ön filtre konulmalıdır. Taze hava girişlerine panjur ve yaprak böcek benzeri büyük parçaları tutacak elek konulmalıdır. Filtrelerin değişim tarihini belirlemek için direnç ölçer kullanılmalıdır. Efektif bir bakım yapabilmek için filtrelere kolay erişimin olduğunu kontrol edilmelidir.
50 Sistem değişken debi ile çalışıyorsa filtre seçiminde dikkatli olmak gereklidir. (Nominal debiden %20 den az ya da % 130 fazla hava hacmi gereken yerlerde dikkatli bir seçim gerekmektedir.) Hava filtrelerini, imalatçının verdiği katalog değerlerinin üzerinde kullanılmamalıdır. Yüksek direncin yüksek enerji sarfiyatı anlamına geleceğini unutmamalıdır. Bir filtreyi seçerken yalnızca ilk maliyeti göz önüne alınmamalıdır. Filtreler arasında doğru bir karşılaştırma yapmak için filtre ömrüne göre yapılan maliyet analizi dikkate alınmalıdır. Filtre üreticisinin tavsiye ettiği son basınç düşümü değerlerini aşılmamalıdır.
51 3.7.1 Filtre Seçimi İçin Yapılması Gereken Hesaplamalar Ön ve orta verimlilikte filtre için toplam debi, bir filtrenin 2,5 m/s hızda geçireceği debiye bölünür. Genellikle 592x592 mm (24x24 inch) kesitindeki filtreler kullanıldığı için bu debi yaklaşık 3400 m 3 /h tir. Şekil-3.29 Filtre hız-direnç(basınç düşümü) eğrisi
52 Bir filtreden geçen debi = 0,592 m x 0,592 m x 3600 s/h x 2,5 m/s = 3400 m 3 /h Örneğin 12,000 m 3 /h toplam debi için bu sayı 12000 3400 = yaklaşık 4 çıkacaktır. Filtrelerin debilerini katalog değerlerinin biraz altında seçmek kullanım ömürlerini uzatacak, verimlerini yükseltip, enerji maliyetlerini düşürecektir. Filtrelerin debilerine göre temizken yarattıkları başlangıç basınç düşümleri imalatçı kataloglarındaki hız-basınç düşümü eğrilerinden hesaplanmalıdır (Şekil-3.29). Ameliyathane ve yoğun bakım gibi alanlarda kullanılan HEPA filtrelerden geçen hız standartlara göre belirlenmiştir ve genellikle 0.45 m/s civarındadır. Bu hıza göre 610x610 mm kesitten geçen hava debisi 600 m 3 /h tir. Filtrenin bir adedinden geçen debi, kullanılacak HEPA filtre kesitine göre hesaplanır. Örneğin 0,45 m/s hız ile 610x610 mm kesitinde bir HEPA filtreden geçen debi: Bir adet HEPA filtreden geçen debi =0,610 m x 0,610 m x 3600 s/h x 0,45 m/s = 600 m 3 /h Hesaplanan değer toplam giriş havası debisine bölünerek kullanılacak HEPA filtre miktarı bulunur. Toplam debi 2400 m 3 /h olsun:
53 Kullanılacak HEPA filtre sayısı = 2400 600=4 tür. HEPA filtrenin bir adedinden geçen debiye göre de başlangıç basınç basınç düşümü imalatçı broşürlerindeki hız-direnç eğrisine göre hesaplanır (Şekil- 3.30). Şekil-3.30 HEPA filtre hız-direnç (basınç düşümü) eğrisi
54 3.7.2 Filtre Enerji Verimliliği ve Filtre Değişim Zamanını Belirleme Hava filtreleri, son basınç düşümüne ulaştığı zaman işlevlerini yerine getirmiş olurlar. Bu basınç farkını ölçmek için sistemde basınç farkı ölçen, U-manometre, eğik manometre ya da kadranlı tip manometre monte edilmiş olmalıdır. EN 779:2012 Standardı, son basınç düşümünü, G-sınıfı ön filtreler için 250 Pa, F-sınıfı hassas orta kademe filtreler için 450 Pa olarak belirlemiştir. Belirlenen bu son basınç düşümü değerleri, filtrelerin sınıflandırılması için gerekli olup havalandırma klima sistemlerinde kullanılan filtreler için daha düşük değerler seçilmiş olabilir. Son basınç düşümü genellikle filtre başlangıç basınç düşümünün 100 ila 150 Pa üstünde ya da başlangıç basınç düşümü değerinin iki katı olarak saptanır. Eurovent Sertifikasyon programı, 4/11 kılavuzunda belirtilen kuralları baz alarak EN779:2012 ye göre test edilmiş hava filtrelerini enerji verimliliğine göre sınıflandırmaya başlamıştır. Buna göre G4 - F9 arası her hava filtresi için yıllık 6000 saat üzerinden, enerji tüketimi hesaplamasını takiben, A-G aralığında enerji etiketleri verilir. Bu değerlendirmeye göre Tablo-3.10 da her filtre verimlilik sınıfı için tüketim aralık değerleri bulunmaktadır.
55 TABLO-3.10 Yıllık enerji tüketim aralıklarına göre enerji verimliliği sınıflandırması
56 Filtre Yıllık Enerji Tüketiminin Hesaplanması Filtrenin neden olduğu enerji tüketimi Eurovent 4/11 kılavuzuna göre aşağıdaki formülle hesaplanır: Yıllık enerji tüketimi [kwh] Burada: q h : Hava debisi [m 3 /s] P: Ortalama basınç düşümü [Pa] t: Yıllık işletim süresi [h] : Fan verimi [%] Yukarıda belirtilen formülü, filtrelerin yıllık enerji tüketimlerinin, yanı sıra, ΔP değerini anlık kullanarak filtrelerin tükettikleri enerji miktarlarını hesaplamamıza yardımcı olur. Bir örnek vermek gerekirse: Filtre 1: Filtre 2: Basınç Düşümü(ΔP): 300 Pa Basınç Düşümü (ΔP): 150 Pa Hava Debisi(q) : 10 m 3 /s Hava Debisi (q): 10 m 3 /s Çalışma Süresi: 1 saat Çalışma Süresi: 1 saat Fan Verimi %(): 0,50 Fan Verimi (μ): 0,50
57 Şekil-3.31 Maliyet-zaman grafiği
3.8 FİLTRE TEST YÖNTEMLERİ 58 3.8.1 Toz Tutuculuk Bilinen bileşimdeki toz, test edilecek filtre elemanından geçirildiğinde, ağırlık olarak ölçülen derişikliğinin, giren hava derişikliği ile farkının, giren hava derişikliğine bölümü olarak ifade edilir. Belli bir karışıma göre hazırlanmış tozlar, test edilen filtre havasına verilir. Test süresince kirlenen filtrede basınç düşümü artar. Basınç düşümü, imalatçının önerdiği maksimum değere vardığında, toplanan toz miktarı ölçülerek kapasite tespit edilir.
59 Şekil-3.32 HEPA filtrelerin aylara göre tutma kapasitesi
60 Şekil-3.33 HEPA filtrelerin tutuculukları
61 3.8.2 Lekeleme Yöntemi Görülebilir karakteristikteki toz zerreciklerinin test edilen filtre elemanından geçtikten sonra, özel bir filtre kâğıdı üzerinde bıraktığı izlerin ışık geçirgenliği ile ölçülür. 3.8.3 Sodyum Alevi Testi Sodyum klorid solüsyonu, test edilen filtrenin üst yüzüne sevk edilen havanın içine enjekte edilir. Buharlaşan solüsyonun ortalama köşegen büyüklüğü 0,6 μm, maksimum 1,7 μm, %58'i 0,1 μm'dan küçük kristalleri filtreden geçtikten sonra, bir hidrojen alevinin rengini havanın derişikliğine bağlı olarak değiştirir. Filtrenin penetrasyonunun anında tespitini sağlar.
62 Şekil-3.34 HEPA filtrelerin tanecik tutması
63 Şekil-3.35 Atmosferdeki tanecik (partikül) boyutu dağılımı
3.8.4 Duman Testi 1822-4 64 Sızdırmazlık testi filtre parçalarında herhangi bir sızıntı olup olmadığını, yerel penetrasyon değerlerinin izin verilen değerin üzerinde olduğunu- doğrulamak için kullanılır (Bkz. EN 1822-1, Tablo 1). Yağ vida dişi sızdırmazlık testi H grubu filtreler için alternatif bir sızdırma testi olarak yapılabilir (H13 ve H14 sınıfları). Bu sızdırmazlık testine kaynak bu standart çerçevesinde tanımlanan parçacık sayım tarama yöntemidir. Yağ vida dişi sızdırmazlık testi aynı zamanda tarama yönteminin uygulanamadığı filtre şekilleri (Vbank ortam panelli veya silindirik filtreler için filtre parçaları) için bir test prosedürü olarak kabul edilir.
65 Şekil-3.36 Duman test cihazı
3.8.5 Emery DOP (Dioctyl Phthalate) Testi 66 HEPA filtreler için kullanılan bir test metodudur. DOP(Dioctyl Phthalate) buharı, hava ile birlikte filtrenin bir yüzüne verilir. Diğer yüzünden özel bir cihazla yakalanarak fotometre ile ölçüm yapılır. Filtrelerle ilgili bir diğer terim de, toz tutma kapasitesidir. HEPA filtreleri genellikle sadece oldukça yüksek seviyede temizlik ve saflık istenen yerlerde kullanılır. Bu gereklilik iri parçaların bulunması veya canlı hava kökenli organizmaların fizyolojik sorunlarından kaynaklanıyor olabilir. Her durumda, her filtrenin etkinliği oldukça yüksek önem arz eder ve uygun bir biçimde ölçülmelidir. Mil-Std-282, (sıcak) DOP etkinlik testi için standart olarak görülür ve pek çok HEPA filtre tanımlarıyla uyum için kullanılır. Ayrıca, HEPA filtreleri için EPA ve OSHA tanımlarında olduğu gibi tekil dağılımlı 0,3 mikron parçacıkları olarak da tanınır.
67 Şekil-3.37 DOP test cihazı
3.8.6 Tarama Testi 68 Sızdırmazlık testi, izin verilen seviyeleri aşan yerel penetrasyon değerleri için filtre elemanlarını test etmeye yarar (bkz. EN 1822-1). Sızdırmazlık testi için test filtresi montaj düzeneğine kurulur ve nominal hava akım oranına karşılık gelen hava akım testine tabi tutulur. Ölçüm sonrasında basınç nominal hacim akım oranına düşer, filtre arındırılır ve aerosol üreteci tarafından üretilen test aerosol karıştırma kanalı boyunca, hazırlanan test havası ile karıştırılır böylece bu kanalın yatay kesitine homojen olarak yayılır. Test filtresinin aşağı akım yönündeki parça akış oranı, faktör ortalama etkisi yanındaki yukarı akım yönü üzerine ulaşan parça akım oranından daha küçüktür. Tarama alanları ayrıca filtre çerçeve alanlarını, köşeleri, filtre çerçevesi ve conta arasındaki dolguyu kapamalıdır. Böylece muhtemel sızıntılar da belirlenebilir. Orijinal contası ile montelenen sızıntı filtrelerini taramak için, aynı montaj pozisyonunda ve hava akım yönünde tavsiye edilir. Çünkü bir taraf üzerine kurulurlar.
69 Şekil-3.38 Tarama test cihazı
3.8.7 EN 1822 Standardı 70 Bu yeni Avrupa standardı gerçekten farklı uygulamaların ihtiyaçlarını kapsayan parça sayma metotları üzerinedir. EN 1822 bir önceki basımından ( EN 1822:1998) farklıdır. Farklılıklar şu şekildedir; Panellerden farklı şekillere sahip H grubu filtrelerin sızdırmazlık testi için alternatif bir metot Sıvı yerine katı bir test aerosolü kullanan alternatif bir metot Membran tipi araçtan yapılan filtreleri test etme ve sınıflandırma metodu Sentetik lif aracından yapılan filtreleri test etme ve sınıflandırma metodu Temel fark, şimdi E10- E12 olarak değiştirilen H10-H12 filtre sınıflarının sınıflandırılmasıyla bağlantılıdır.
TABLO-3.11 EN 1822 ye göre yüksek verimli filtrelerin sınıflandırılması 71 İntegral değer Yerel değer Filtre sınıfı Yakalama verimi % İçine işleme % Yakalama verimi % İçine işleme % E10 85 15 - - E11 95 5 - - E12 99,5 0,5 - - H13 99,95 0,05 99,75 0,25 H14 99,995 0,005 99,975 0,025 U15 99,9995 0,0005 99,9975 0,0025 U16 99,99995 0,00005 99,99975 0,00025 U17 99,999995 0,000005 99,9999 0,0001 Filtre sınıfı tanımları şu şekildedir: EPA 10 - EPA 12: Verimli Partikül Hava Filtreleri HEPA 13 - HEPA 14: Yüksek Verimli Partikül Hava Filtreleri ULPA 15 - ULPA 17: Ultra Düşük Penetrasyon Hava Filtreleri
EN 1822 ye Göre Filtre Verimlilik Testi 72 Deney filtresinin verimini belirlemek için, deney filtresi bağlama ünitesine yerleştirilir ve anma hava debisine tekabül eden deney akışına tâbi tutulur. Anma hacim debisindeki basınç düşüşünü ölçtükten sonra, filtre temiz hava ile temizlenir ve borunun kesitinde homojen bir şekilde püskürtülmesi için aerosol üretici tarafından üretilen deney aerosolu karıştırma borusunda hazırlanmış deney havası ile karıştırılır. Verim daima en yüksek geçirimli parçacık boyutu (MPPS) için belirlenmelidir (EN 1822-3). Aerosol parçacıklarının boyut dağılımı tercihen bir parçacık boyut analiz sistemi (örneğin farklı hareketli parçacık numaralandırıcılar, DMPS) kullanılarak ölçülebilir.
73 Deney, tekli veya çoklu dağılımlı bir deney aerosolu kullanılarak yapılır. Tekli dağılımlı (yarı) aerosol ile deney yaparken, toplam toplam parçacık sayma metodu bir yoğuşma çekirdekli sayaçlar (CNC) ile veya bir optik parçacık sayacı ile (OPC; örneğin bir lazerle tane büyüklüğü analiz cihazı) birlikte kullanılabilir. Ortanca parçacık çapı numarasının filtre elemanının en düşük verimine sahip olduğu MPPS parçacık çapına tekabül ettiği sağlanmalıdır. Çoklu dağılımlı bir deney aerosolu kullanırken, parçacıkların sayılmasına ilâve olarak boyut dağılımını da belirleyen optik bir parçacık sayacı kullanılmalıdır. Deney aerosolunun ortanca çapının MPPS ve MPPS x 1,5 aralığında olması sağlanmalıdır. 2
74 Toplam verimin belirlenmesi için temsilî kısmî akışlar filtre elemanının aşağı ve yukarı akış taraflarından elde edilir ve parçacıkların numarasını belirlemek için monte edilmiş parçacık sayacına iletilir. Toplam verim ya: Sabit deney numune alma propları ile (Madde 4.1), veya Bir veya daha fazla hareket edebilir aşağı akış numune alma propları ile (tarama metodu) (Madde 4.2), belirlenir. Her iki metotta da yukarı akış numunesi sabit bir numune alma probu kullanılarak alınır. Yukarı akış ve aşağı akış numara konsantrasyonları ve toplam verim, parçacık sayısından, numune alma süresinden ve numune alma hacim debisinden hesaplanır.
Şekil-3.39 Bir deney düzeneği örneği 75 1 Kaba toz filtresi 10 Örnekleyici, yukarı akış 2 İnce toz filtresi 11 Basınç farkı ölçümü için yuvarlak boru 3 Fan 12 Manometre 4 Hava ısıtıcı 13 Deney filtresi monte ünitesi 5 Yüksek verimli hava filtresi 14 EN ISO 5167-1 göre ölçme sönümleyicisi 6 Deney borusuna aerosol girişi 15 Mutlak basıncın ölçülmesi 7 Sıcaklık ölçer 16 Basınç farkını ölçme manometresi 8 Nem ölçer 17 Örnekleyici, aşağı akış 9 Örnekleyici, parçacık boyut analizi
76 Filtre test aşağıdaki ölçümleri kapsar: Nominal hava akışındaki basınç düşüşü En etkili parçacık boyutundaki toplama verimliliği (MPPS) MPPS deki yerel toplama verimlilikleri Yukarıdaki tabloda belirtildiği üzere H13 ün üzerinde sızıntı yoktur En zorlu sanayi ve/veya müşteri standartları için Megalam (HEPA/ULPA) üretilmektedir. Ayrıca, gaz giderimi için, örneğin: PU dolgularından organopatizmler, ham madde bileşenleri test edilmektedir. Katı lateks alanları veya silika genellikle düşük gaz giderimi oranları sebebiyle mikro elektrik sanayi için test aerosolleri olarak tercih edilir.
3.8.8 Filtrelerin Konstrüksiyonu 77 Filtreler genellikle havalandırma santrallerinde, teçhizatın kirlenmesini önlemek amacıyla ısıtma ve soğutma serpantinlerinin önüne konulur. Şekil-3.40 HEPA filtrelerin konstrüksiyonu
3.9 EUROVENT 4/4 E GÖRE HEPA FİLTRELER 78 Sodyum alevi ile yapılan verim (0. 65 m) 100. 000 Eurovent sınıfı 99,999 EU14 ULPA FİLTRE 99,99 EU13 HEPA FİLTRE 99,97 EU12 99,9 EU11 MİCRO FİLTRE 95 EU10 TABLO-3.12 EUROVENT 4/4 e göre filtre verimi
79 Bu deneyle doğrudan doğruya dış atmosfer havası kullanılabileceği gibi, bir HEPA filtreden geçirilen dış havaya istenen özelliklerde suni tanecik beslenebilmektedir. Filtre öncesi ve sonrasında kanal içine konan sondalar yardımıyla emilen hava bir bilgisayara bağlı olan tanecik sayıcıya gelmektedir. Bilgisayar solenoid vanalar yardımıyla filtre öncesi ve sonrası havadan numune alarak ölçme ortalamalarındaki sapma istenen bir değere erişinceye kadar belirli sayıda ölçme yapmaktadır. Filtre seçiminde genel kaide, verilen bir hava debisi için filtre yüzeyini mümkün olduğu kadar büyük seçmektir. Bu şekilde filtre ömrü arttığı gibi, basınç kayıpları da azalacağından, işletme masrafları da düşecektir. Diğer bir kaide de HEPA ve ULPA filtrelerinin muhakkak bir hassas filtre ile (EU7) korunmasıdır. Bu şekilde kullanım yerine bağlı olarak HEPA ve ULPA filtrelerinin ömrü 5-7 seneye kadar çıkabilir. Ön filtre olarak kullanılacak hassas filtrelerin ömrü ise tesisin bulunduğu ortama göre değişebilmektedir. Ağır endüstrinin bulunduğu bir ortamda 2880 h (4 ay) olan bir filtrenin ömrü, endüstriyel tesislerin bulunmadığı yerleşim yerlerinden uzak bir yerle 7200 h (10 ay) olabilmektedir.
80 Temiz odalarda kullanılan HEPA ve ULPA filtrelerinin Şekil-3.38 de görülebildiği gibi verimlerine ilişkin diyagram bulunmaktadır. 610x610 mm boyutlarında %99,99 DOP veriminde bir filtrenin fiyatının 350-400 U.S.D. mertebelerinde, EU 8/9 luk bir filtrenin ise bunun onda biri fiyata temin edilebileceği düşünülürse, seçimde ne kadar hassas davranmak gerektiği ortaya çıkar. Şekil-3.41 Tipik bir HEPA %99,97 Filtre performansı
3.9.1 Filtreler İçin MERV Derecelendirmesi 81 MERV derecelendirmesi, hava filtresi veya ocak filtresinin verimliliğini tanımlamaya yönelik sanayi standardıdır. MERV Minimum Verimlilik Derecelendirme Değer inin kısaltmasıdır ve 1-20 sayılarıyla gösterilir. 1 en az 20 en çok verimli anlamına gelir. Bu değer siz tüketicilere, farklı firmalar tarafından üretilen filtreleri sizin için en uygun olan filtre hakkında bilgili bir karar almanıza yardımcı olur. Bu derecelendirme, filtrelerin farklı boyutlardaki parçacık uzaklaştırma verimliliğine dayanır. Test edilen üç boyut aralığı bulunmaktadır; 3,0-10,0 mikron, 1,0-3,0 mikron ve 0,3-1,0 mikron. Bir mikron bir metrenin bir milyonda birine eşittir. Bunu açacak olursak, bir insan saçı genellikle yaklaşık olarak diyametrede 100 mikrondur, MERV derecelendirmelerinde test edilen en geniş parçanın 10 katıdır. Bu yargının sonundaki nokta yaklaşık 600 mikrondur. 3,0-10,0 ve 1,0-3,0 mikron aralığındaki her bir parça genellikle sadece mikroskop altında görünürdür. Burada 0,3-1,0 aralığı sadece elektron mikroskobu altında görülmektedir. Aşağıda bazı parçalar ve boyutlarının örnekleri verilmektedir:
82 Küf Sporları: 10-20 Mikron Küf: 3-12 Mikron Örümcek Ağı: 2-3 Mikron Şarbon: 1-5 Mikron Bakteriler: 0,3-6,0 Mikron Sigara Dumanı: 0.01-4,0 Mikron Virüsler: 0.005-0,3 Mikron Polenler: 10-1000 Mikron Tipik Atmosferik Toz: 0.001-30,0 Mikron
83 MERV 4 ve aşağı seviyede derecelendirilen filtreler genellikle fiberglas, kullan-at tipindedir. Bu filtreler sistem koruması için minimumdur ve genellikle fabrikadan yeni üniteye gönderilenlerdir. Isıtma ve soğutma sistemini korumak için uygun olsalar da, genellikle sağlıkla ilgili olan küçük parçaları ve alerjenleri filtrelemede çok başarılı değildir. MERV 8 filtreleri fiberglasın, filtrelerin kullan at türünün en yaygın yüksek sürümüdür. MERD 8 dereceli filtreler 3,0-10,0 mikron aralığındaki parçaları yok etmede %85 e kadar etkilidir. MERV 13 filtreleri genellikle son teknoloji konut ve ticari uygulamalarda yaygın olarak bulunur. Bir MERV 13 filtresi 0,3-1,0 arası parçaları yok etmede yaklaşık %75; 1,0-3,0 mikronlarında %90 veya daha iyi ve 3,0-10,0 arası mikronlarda %85 veya daha iyi oranda etkilidir. Bunlar alerji sorunu olan ve evlerindeki havanın kalitesinde oldukça titiz olan kişiler için en iyi filtrelerdir.
TABLO-3.13 Filtre verimi ortalama filtrelenen tanecik boyutu 84 MERV Değeri 0,3-1,0 Mikron 1,0-3,0 Mikron 3,0-10 Mikron Filtre tarafından yakalanan parçacık tipi MERV 1 MERV 2 MERV 3 MERV 4 - - - - - - - - %20 den daha az %20 den daha az %20 den daha az %20 den daha az Polen, toz kenesi, ayak tozu, sprey boya tozu, halı lifleri MERV 5 MERV 6 MERV 7 MERV 8 MERV 9 MERV 10 MERV 11 MERV 12 MERV 13 MERV 14 MERV 15 MERV 16 - - - - - - - - %75 den daha az %75-%84 %85-%94 %95 veya daha iyi - - - - %50 den düşük %50-%64 %65-%79 %80-%89 %90 veya daha iyi %90 veya daha iyi %90 veya daha iyi %90 veya daha iyi %20-%34 %35-%49 %50-%69 %70-%85 %85 veya daha iyi %85 veya daha iyi %85 veya daha iyi %85 veya daha iyi %85 veya daha iyi %85 veya daha iyi %85 veya daha iyi %85 veya daha iyi Mantar sporları, saç spreyi, lifli koruyucu, çimento tozu Nemlendirici tozu, kurşun tozu, taşıt emisyonları, öğütülmüş un Bakteri, yaygın tütün dumanı, ince tanecikler (aksırık sonrası)
3.10 FİLTRE SEÇİMİ 85 Bir hava filtresinin seçiminde, temizlenmiş havanın karakteristikleri, kirli havadaki toz ve yabancı maddelerin cins ve miktarı, havadan alınan toz vs. maddelerin filtreden alınan uzaklaştırılma şekli gibi etkenler ve ölçüler rol oynayacaktır. Diğer önemli olan hususlar şunlardır: 1. Filtre edilecek havanın debisine göre yeterli filtre boyutları kullanılmalıdır. 2. Filtre tipi çalışma şartlarına uygun olmalıdır. Gelen havadaki toz cins ve miktarı, temizlenmiş havadaki müsaade edilebilir toz ve diğer maddelerin maksimum sınırı, yükleme durumu (hafif, orta, ağır gibi), müsaade edilebilir hava basınç düşümü, çalışma sıcaklık seviyeleri, bakım-servis imkânları gibi. 3. Kullanıldığı özel uygulama için seçilen filtre tipi en ekonomik filtre olmalıdır. 4. Merkezi hava sistemleri için aşağıdaki hususlar önerilmektedir. 5. Filtreye hava kanalı bağlantısı hafif değişimlerle yapılmalı ve hava filtre yüzeyine eşit şekilde dağılmalıdır. 6. Filtrenin ön ve arka tarafında servis-bakım-tamir için yeterli mesafe bırakılmalıdır. 7. Filtreye ulaşmak için kontrol kapak veya kapısı bırakılmalıdır. 8. Temiz hava tarafındaki ekler hava sızdırmaz şekilde olmalıdır. Filtre parçalarının ek yerleri daha sızdırmaz olmalıdır. Bilhassa yüksek verimli filtrelerde bu husus çok önemlidir. Kirli dış havanın içteki havaya karışması önlenmelidir. 9. Dış hava emiş ağızlarına yakın olan filtrelerde iyi tasarlanmış panjurlar (tel kafesli) kullanılmalıdır. 10. Elektrostatik hava temizleyicilerde yüksek voltajın kaybolduğunu veya kısa devreyi gösteren bir alarm veya gösterici tertibat bulunmalıdır.
86 TABLO-3.14 Filtre seçim tablosu (EN 779-2012)
87 Filtre Değişimi Filtrenin hava akımına karşı temizken oluşturduğu dirence başlangıç direnci veya başlangıç basınç düşümü denir. Bu değer Pa (Pascal) olarak ölçülür. Filtreler kirlendikçe bu değer artar. Direnç değeri önerilen son değere ulaşan filtre değiştirilmelidir. Ön filtre ve torba filtreler için önerilen son direnç değerleri EN 779 Avrupa standartlarına göre belirlenmiş olup aşağıdaki şekillerde açıklanmıştır. Filtre Ömrü Filtre ömrü filtrenin monte edildiği yerdeki havanın kirliliğine bağlıdır. Havadaki kirleticilerin artması ya da eksilmesi ve mevsimler gibi faktörler de filtre ömrüne etki etmektedir. Tecrübelere göre kaset filtrelerin ömrü 2-3 ay, torba filtrelerin 4-6 ay, HEPA filtrelerin de 6-12 ay civarındadır. Yıkanma Özelliği İçyapısı poliüretan veya metal olan ön filtreler yıkanabilir. Torba, HEPA ve ULPA filtreler gözle görülmeyen tanecikleri filtre liflerine, moleküler çekim esasına göre çekip yapıştırarak filtrelemektedir. Bu tip filtrelerin temizlenmesi mümkün değildir, yenisi değiştirilmelidir.
88 TABLO-3.15 Filtre tiplerine göre başlangıç ve bitiş basınçları
89 TABLO-3.16 Hava filtreleri için uluslararası sınıflandırma
90 TABLO-3.16 Hava filtreleri için uluslararası sınıflandırma
91 TABLO-3.17 G Tipi fiberglas filtreler
92 TABLO-3.17 G Tipi fiberglas filtreler (devam)
93 TABLO-3.18 G-GL fiberglas filtreler
94 TABLO-3.18 G-GL fiberglas filtreler (devam)
95 TABLO-3.19 W3-GL Yüzeyi genişletilmiş zikzak filtre
96 TABLO-3.19 W3-GL Yüzeyi genişletilmiş zikzak filtre (devam)
97 TABLO-3.21 FP3 Orta verimlilikte cep filtreleri